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通过改性磁特性模式对斯格明子进行限制和保护

Confinement and Protection of Skyrmions by Patterns of Modified Magnetic Properties.

作者信息

Ohara Kentaro, Zhang Xichao, Chen Yinling, Wei Zonhan, Ma Yungui, Xia Jing, Zhou Yan, Liu Xiaoxi

机构信息

Department of Electrical and Computer Engineering, Shinshu University, 4-17-1 Wakasato, Nagano 380-8553, Japan.

School of Mechanics and Engineering Science, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China.

出版信息

Nano Lett. 2021 May 26;21(10):4320-4326. doi: 10.1021/acs.nanolett.1c00865. Epub 2021 May 5.

DOI:10.1021/acs.nanolett.1c00865
PMID:33950694
Abstract

Magnetic skyrmions are versatile topological excitations that can be used as nonvolatile information carriers. The confinement of skyrmions in channels is fundamental for any application based on the accumulation and transport of skyrmions. Here, we report a method that allows effective position control of skyrmions in designed channels by engineered energy barriers and wells, which is realized in a magnetic multilayer film by harnessing the boundaries of patterns with modified magnetic properties. We experimentally and computationally demonstrate that skyrmions can be attracted or repelled by the boundaries of areas with modified perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction. By fabricating square and stripe patterns with modified magnetic properties, we show the possibility of building reliable channels for confinement, accumulation, and transport of skyrmions, which effectively protect skyrmions from being destroyed at the device edges. Our results are useful for the design of spintronic applications using either static or dynamic skyrmions.

摘要

磁斯格明子是一种多功能的拓扑激发态,可作为非易失性信息载体。斯格明子在通道中的限制对于基于斯格明子积累和传输的任何应用来说都是至关重要的。在此,我们报告了一种方法,该方法可通过工程化的能量势垒和势阱实现对设计通道中斯格明子的有效位置控制,这是通过利用具有修改磁特性的图案边界在磁性多层膜中实现的。我们通过实验和计算证明,斯格明子可被具有修改垂直磁各向异性和Dzyaloshinskii-Moriya相互作用区域的边界吸引或排斥。通过制造具有修改磁特性的方形和条纹图案,我们展示了构建用于限制、积累和传输斯格明子的可靠通道的可能性,这些通道可有效保护斯格明子在器件边缘不被破坏。我们的结果对于使用静态或动态斯格明子的自旋电子学应用设计很有用。

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